這里講述的高溫閥門指使用工況溫度超過450℃的閥門。根據工作溫度,分為:425~550℃級,550~650℃級,650~750℃級,750~850℃級,>850℃級。
1. 高溫(wen)閥門的(de)主體材料的(de)選(xuan)用(yong)
425~550℃級,取壓力-溫度(du)(du)額(e)定值高(gao)的(de)(de)高(gao)溫鋼(gang)(gang),優選(xuan)鑄鋼(gang)(gang)WC9,其次(ci)是鑄鋼(gang)(gang)WC6,但兩(liang)者(zhe)缺點是Cr含量較低,不(bu)具備(bei)抗(kang)硫(liu)腐蝕的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)。C5具備(bei)一(yi)定的(de)(de)抗(kang)氧化(hua)、抗(kang)硫(liu)和氫(qing)腐蝕的(de)(de)特性(xing),缺點是成(cheng)本高(gao)。425~550℃級、550~650℃級,如果選(xuan)壓力-溫度(du)(du)額(e)定值高(gao)的(de)(de)耐(nai)熱(re)不(bu)銹鋼(gang)(gang)材料(liao)321和321H,其對應(ying)的(de)(de)鑄造(zao)(zao)合(he)金牌號(hao)分別為(wei)CF8Ti、CF10Ti,因含Ti則(ze)會產生碳(tan)硫(liu)化(hua)鈦夾(jia)雜物(wu),降(jiang)(jiang)低了塑性(xing)、沖擊韌(ren)性(xing),并且抵抗(kang)腐蝕能(neng)(neng)力下降(jiang)(jiang),鑄造(zao)(zao)性(xing)難度(du)(du)大,因此CF8、304、304H型耐(nai)熱(re)不(bu)銹鋼(gang)(gang)是常(chang)用選(xuan)擇。425~550℃級介質(zhi)無(wu)腐蝕工況下,例如水、蒸汽等(deng)介質(zhi),可選(xuan)用WC6和WC9,由于C5的(de)(de)特點及其成(cheng)本低于高(gao)鉻鎳的(de)(de)耐(nai)熱(re)不(bu)銹鋼(gang)(gang),因而在Cr-Mo系高(gao)溫鑄鋼(gang)(gang)中使用最多。
650~750℃級、750~850℃級,取壓力-溫(wen)度額定值高的耐(nai)熱(re)不(bu)銹鋼(gang)材料,選用(yong)數值最(zui)高的CF8M、316和(he)316H做閥門主體(ti)材料。CK-20、310和(he)310H高Cr、Ni含量的特點使其在高溫(wen)工(gong)況下比其他耐(nai)熱(re)不(bu)銹鋼(gang)更能抵(di)抗(kang)(kang)腐(fu)蝕和(he)氧化,同時(shi)抵(di)抗(kang)(kang)高溫(wen)蠕變及抵(di)抗(kang)(kang)高溫(wen)斷裂的性能也優于其他耐(nai)熱(re)不(bu)銹鋼(gang)。由(you)于材料價格高,一般只用(yong)于特殊場合。
>850℃級,必須(xu)應用(yong)(yong)增(zeng)加隔(ge)熱襯里或通介質冷卻等特殊的結(jie)構(gou)設計。使用(yong)(yong)最(zui)多的是(shi)高性能的耐火陶瓷。在(zai)此溫度下,控(kong)制閥門的溫度不僅(jin)僅(jin)靠(kao)材料(liao),還要采用(yong)(yong)特殊的結(jie)構(gou)。
2. 閥(fa)門內(nei)件(jian)
高溫閥(fa)門內件(jian)材(cai)料的(de)選擇要(yao)考(kao)慮(lv)材(cai)料的(de)膨(peng)脹性質,同時考(kao)慮(lv)運動(dong)部件(jian)的(de)擦傷可能。在(zai)無特別要(yao)求(qiu)工況下,材(cai)料一般選用耐腐蝕、強度高的(de)材(cai)料,像316不銹鋼,并(bing)且要(yao)在(zai)表(biao)面進行堆(dui)(dui)焊處(chu)理,采用堆(dui)(dui)焊鎢(wu)鉻鉆(zhan)硬質合金或噴(pen)焊陶瓷。
3. 密封(feng)副設計(ji)
閥體(ti)和(he)密(mi)(mi)封(feng)(feng)件銜(xian)接的(de)地方(fang),利用(yong)堆(dui)焊硬質合金來提升(sheng)(sheng)密(mi)(mi)封(feng)(feng)機構(gou)的(de)硬度。密(mi)(mi)封(feng)(feng)環內表(biao)面采用(yong)不銹耐酸(suan)性鋼,型(xing)式采用(yong)外圓(yuan)柱面加工環型(xing)溝槽,以便(bian)后續使用(yong)。為符(fu)合塑性變形和(he)強度方(fang)面的(de)要求,密(mi)(mi)封(feng)(feng)環表(biao)面相對比閥蓋和(he)閥體(ti)工作面,硬度要小(xiao)。填(tian)料處(chu)結(jie)構(gou)上采用(yong)動負載結(jie)構(gou),材料采用(yong)柔性石墨增強填(tian)料,提升(sheng)(sheng)密(mi)(mi)封(feng)(feng)效果。
4. 上密(mi)封結構的設計(ji)
上密封的結構通常有兩(liang)(liang)種方式,整體(ti)堆(dui)焊和分體(ti)式上密封座(zuo)螺(luo)紋對接(jie)。分體(ti)螺(luo)紋對接(jie),高溫(wen)下,上密封座(zuo)和閥(fa)蓋兩(liang)(liang)者(zhe)材料不同,因此熱膨脹系(xi)數不同,螺(luo)紋容易出現(xian)松動。為(wei)避免上述問題,一(yi)般采用點(dian)焊的做法將兩(liang)(liang)者(zhe)固定(ding)。
5. 高溫螺栓(shuan)
在高溫下,螺栓緊固件容易出現應力松弛或螺栓咬死。結構上,采用粗牙螺紋,并合理加大中徑間隙可有效避免問題出現。
6. 法蘭端部
高溫高壓(ya)閥門端部(bu)如選用法(fa)蘭,容易(yi)泄漏,因此,工(gong)程上(shang)常用焊(han)接。
7. 工程應用(yong)
某蒸汽管道設計溫(wen)度580℃,設計壓(ya)力14.5MPa,口徑NPS20,管子(zi)選(xuan)用A234-WP9,閥門(men)主體材料選(xuan)用A217-C12A,閥門(men)標準選(xuan)用ASME B16.34。